CN103556127A

CN103556127A - 一种气相沉积成膜设备的清洗方法

Info

Publication number: CN103556127A
Application number: CN201310565735.4A
Authority: CN
Inventors: 雷通; 桑宁波; 贺忻
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明提供一种气相沉积成膜设备的清洗方法，通过改进非晶碳沉积制程中的清洗工艺,在清洗工艺制程里的保护膜沉积步骤之后，增加一步氮等离子体处理，即先生长一层无氮非晶碳膜，避免非晶碳沉积制程中的硅片背面铝沾污问题，然后对这层无氮非晶碳膜进行氮等离子体处理，改善其表面特性，保证销顶面与硅片背面有较高的摩擦系数，避免滑片问题。

Description

一种气相沉积成膜设备的清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种气相沉积成膜设备的清洗方法。

背景技术

PECVD，plasma CVD，（plasma-enhanced chemical vapor deposition）是利用等离子的化学气相成膜的一种。也是形成各种各样薄膜用的蒸着法的一种。为了加快化学反应的活性，通过在电极上印加直流（DC）、高频（RF）、微波等方法，在真空腔室（Chamber）内把原料气体等离子化，把薄膜堆积在被加温的晶硅片（Wafer）上。与热CVD相比最大的特点是成膜温度低，可在400度左右或更低，成的膜致密性好，同时可抑制热CVD因为加热带来的各层间的互相扩散，热分解难的材料在PECVD中也可得到较高的堆积速度，可用于AL、Cu配线后的半导体成膜过程中。

化学气相沉积设备在硅片上PECVD沉积薄膜前需要对腔体进行清洗，去除腔体中积累的沉积膜及悬浮在腔体中的微粒。在清洗过程中，通常需要在腔体中通入含氟的清洗气体，如CF₄、NF₃，含氟的清洗气体在等离子体场中电离出氟离子并与腔体壁和加热器（heater）上的沉积膜反应生成含氟气体，然后被泵抽走，达到清洁腔体的目的。对于非晶碳薄膜（APF）沉积机台，等离子体清洗的过程中还会通入O₂，与腔壁上残余的碳膜反应生成CO₂，起到清洗腔体的作用。清洗之后，为了使腔体的氛围接近真实沉积薄膜时的环境，通常需要在腔体中通入Ar、N₂和C₂H₂气体沉积一层保护膜（Season），以减少颗粒物（particle）掉落在wafer上的机会，N₂的存在能够增加season薄膜的黏附性。化学气相沉积设备清洗完成后，硅片进入应用材料非晶碳膜（APF）机台沉积非晶碳膜（APF）。在使用应用材料非晶碳膜（APF）机台沉积非晶碳膜（APF）时，全X射线反射荧光测试（TXRF）发现全X射线反射荧光测试（TXRF）发现了硅片背面金属铝含量严重超出了业界的标准（铝<1E11A/cm²，其他金属<5E10A/cm²）。这主要是由于上述清洗腔体方案中，含氟的清洗气体在等离子场中产生的氟离子与加热器所用材料AlN发生反应，在加热器表面生成了一层很薄的Al_xF_yO_z薄膜。在腔体清洗后，通入N₂和C₂H₂气体进行season薄膜沉积过程中在AlxFyOz之上沉积一层非晶硅，N₂会与Al_xF_yO_z反应，析出AlN，从而导致season薄膜的表面含有铝。当硅片进入机台进行非晶碳薄膜沉积时，硅片背面与season薄膜接触，导致硅片背面产生超过5e10atom/cm²的铝沾污（如图1所示）。

因此，需要一种新的气相沉积成膜设备的清洗方法，能够避免气相沉积设备清洗后进行PECVD时硅片背面铝污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气相沉积成膜设备的清洗方法，以解决气相沉积设备清洗后进行PECVD时硅片背面铝污染问题。

为解决上述问题，本发明提出一种气相沉积成膜设备的清洗方法，包括：

在等离子条件下采用含氟的清洗气体对气相沉积成膜设备的腔体进行清洗；

在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜；

对所述无氮的保护膜进行氮等离子体处理。

进一步的，所述含氟的清洗气体为NF₃（三氟化氮）或者CF₄（四氟化碳）。

进一步的，采用含碳气体和惰性气体在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜。

进一步的，所述含碳气体为C₂H₂（乙炔），所述惰性气体包括Ar（氩气）和He（氦气），所述无氮的保护膜的沉积工艺参数包括射频功率为1200W～1500W，反应压力为4torr～5torr，C₂H₂的气体流量为1200sccm～1800sccm，Ar的气体流量为8000sccm～10000sccm，He的气体流量为300sccm～500sccm。

进一步的，所述无氮的保护膜为无氮的非晶碳膜,厚度为

进一步的，所述氮等离子体处理的反应气体包括N₂。

进一步的，所述氮等离子体处理的射频功率为1000W～1500W。

进一步的，在采用含氟的清洗气体清洗腔体之后，在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜之前，还在等离子条件下采用氧气对气相沉积成膜设备的腔体进行清洗。

进一步的，采用含氟的清洗气体清洗腔体的时间在200秒以上。

进一步的，采用氧气清洗腔体的时间为10秒～60秒。

与现有技术相比，本发明提供的气相沉积成膜设备的清洗方法，包括在等离子条件下采用含氟的清洗气体对气相沉积成膜设备的腔体进行清洗；在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜；对所述无氮的保护膜进行氮等离子体处理。本发明的清洗方法通过在含氟气体清洗之后先沉积一层不含氮的保护膜以避免保护膜沉积时将含氟气体清洗后的金属化合物残留分解而从保护膜表面析出金属，然后对该保护膜氮等离子体处理，能够改善保护膜表面特性，保证保护膜有较高的摩擦系数，从而避免了后续硅片气相沉积过程中的硅片背面金属污染问题和硅片的滑片问题。

附图说明

图1是现有技术中气相沉积设备清洗工艺产生背面铝沾污的硅片情况图；

图2是本发明具体实施例的气相沉积设备的清洗方法流程图；

图3是本发明具体实施例的无氮保护膜沉积时的硅片滑片示意图；

图4是本发明具体实施例的气相沉积设备清洗工艺产生背面铝沾污的硅片情况图。

具体实施方式

本发明的核心思想是公开一种气相沉积成膜设备的清洗方法，通过改进非晶碳沉积制程中的清洗工艺（clean process）,在清洗工艺制程（clean recipe）里的保护膜沉积步骤（season step）之后，增加一步氮等离子体处理（N2plasmatreatment）。season step先生长一层无氮（N-free）非晶碳膜，避免非晶碳沉积制程中的硅片（wafer）背面铝沾污问题，然后对这层N-free非晶碳膜进行N2plasmatreatment，改善其表面特性，保证销（lift pin）顶面与wafer背面有较高的摩擦系数，避免滑片问题。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。

请参考图2，本发明提出一种气相沉积成膜设备的清洗方法，包括：

S1，在等离子条件下采用含氟的清洗气体对气相沉积成膜设备的腔体进行清洗；

S2，在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜；

S3，对所述无氮的保护膜进行氮等离子体处理。

在步骤S1中，通常需要在腔体中通入含氟的清洗气体，如CF₄，NF₃，含氟的清洗气体在等离子体场中电离出氟离子并与腔体壁和加热器（heater）上的沉积膜反应生成含氟气体，然后被泵抽走，达到清洁腔体的目的，清洗腔体的时间在200秒以上。对于非晶碳薄膜（APF）沉积机台，等离子体清洗的过程中还会通入氧气O₂，与腔壁上残余的碳膜反应生成二氧化碳CO₂，起到清洗腔体的作用，采用氧气清洗腔体的时间为10秒～60秒。

在步骤S2中，含氟的清洗气体清洗之后，为了使腔体的氛围接近真实沉积薄膜时的环境，采用含碳气体和惰性气体在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜（Season），以减少颗粒物（particle）掉落在wafer上的机会。所述无氮的保护膜为无氮的非晶碳膜，厚度为

所述含碳气体为C₂H₂（乙炔），所述惰性气体包括Ar和He，通常需要在腔体中通入Ar、N₂（氮气）和C₂H₂气体沉积一层保护膜，所述无氮的保护膜的沉积工艺参数包括射频功率为1200W～1500W，反应压力为4torr～5torr，C₂H₂的气体流量为1200sccm～1800sccm，Ar的气体流量为8000sccm～10000sccm，He的气体流量为300sccm～500sccm。例如射频功率RF=～1500W，工艺压力pressure=～4.5torr，C₂H₂=1500sccm,Ar=10000sccm，He=400sccm，沉积总厚度为

左右。

经过实验发现，现有技术中硅片背面铝沾污可以通过清洗解决，但是增加相应的清洗设备需要很大的成本，并且存在风险。因此，与现有技术相比，本实施例的步骤S2中去掉season工艺里面的N₂，可以避免wafer背面的Al污染，同时通过优化工艺参数，可以将非晶碳薄膜沉积过程中的颗粒（particle）控制在可接受范围内。这层保护膜称之为N-free season。

由于实验进一步发现，采用N-free season可以解决wafer背面的Al污染的问题，但是N-free season会导致严重的滑片问题，也就是wafer在机台里出现位置偏移。如图3所示，我们将wafer在传送过程中实际中心位置与计算中心位置（也就是标准中心位置）的距离成为R err，对比图3中两种season条件下12片wafer的R err数据,可以发现N-free season的R err（图3中右边曲线）明显更大，而且极不稳定，最终表现出来就是机台经常发生wafer位置偏移的报警。经分析，wafer滑片的问题主要是N-free season沉积的非晶碳膜与wafer背面的摩擦系数太低而引起的。因此，在步骤S3中，在步骤S2的保护膜沉积（season step）之后，增加一步氮等离子体处理（N₂plasma treatment）。即对这层N-free非晶碳膜进行氮等离子体处理（N₂plasma treatment），改善其表面特性，保证销（lift pin）顶面与wafer背面有较高的摩擦系数，避免滑片问题。所述氮等离子体处理的反应气体包括N₂，工艺射频功率为1000W～1500W。N₂plasma treatment的主要参数包括：RF=～1500W，pressure=～7torr，N2=8000sccm，时间为1s-3s。

例如将clean recipe里面的保护膜条件定为：N-free season的沉积厚度3000A，N₂plasma treatment的时间是1s，通过ICP-MS测的此条件下经过机台清洗工艺之后的wafer背面Al含量为1.48E10A/cm²，没有超出标准规格。同时通过图4中R err数据的对比，可以看出本发明提出的清洗方法不存在N-freeseason容易出现的滑片问题。N-free非晶碳膜的氮等离子体处理可以改善N-free非晶碳膜的表面特性，保证销（lift pin）顶面与wafer背面有较高的摩擦系数，避免滑片问题。

综上所述，本发明提供的气相沉积成膜设备的清洗方法，包括在等离子条件下采用含氟的清洗气体对气相沉积成膜设备的腔体进行清洗；在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜；对所述无氮的保护膜进行氮等离子体处理。本发明的清洗方法通过在含氟气体清洗之后先沉积一层不含氮的保护膜以避免保护膜沉积时将含氟气体清洗后的金属化合物残留分解而从保护膜表面析出金属，然后对该保护膜氮等离子体处理，能够改善保护膜表面特性，保证保护膜有较高的摩擦系数，从而避免了后续硅片气相沉积过程中的硅片背面金属污染问题和硅片的滑片问题，适用于PECVD设备的清洗。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，包括：

在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜；

对所述无氮的保护膜进行氮等离子体处理。

2.如权利要求1所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，所述含氟的清洗气体为NF₃或者CF₄。

3.如权利要求1所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，采用含碳气体和惰性气体在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜。

4.如权利要求3所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，所述含碳气体为C₂H₂，所述惰性气体包括Ar和He，所述无氮的保护膜的沉积工艺参数包括射频功率为1200W～1500W，反应压力为4torr～5torr，C₂H₂的气体流量为1200sccm～1800sccm，Ar的气体流量为8000sccm～10000sccm，He的气体流量为300sccm～500sccm。

5.如权利要求1至4中任一项所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，所述无氮的保护膜为无氮的非晶碳膜，厚度为

6.如权利要求1所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，所述氮等离子体处理的反应气体包括N₂。

7.如权利要求1或6所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，所述氮等离子体处理的射频功率为1000W～1500W。

8.如权利要求1所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，采用含氟的清洗气体清洗腔体的时间在200秒以上。

9.如权利要求1或8所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，在采用含氟的清洗气体清洗腔体之后，在所述腔体内沉积一层无氮的保护膜之前，还在等离子条件下采用氧气对气相沉积成膜设备的腔体进行清洗。

10.如权利要求9所述的气相沉积成膜设备的清洗方法，其特征在于，采用氧气清洗腔体的时间为10秒～60秒。